Pe baza diferitelor componente active, catalizatorii eterogenei pot fi împărțiți în metal și sărurile sale, oxizi metalici și catalizatori compoziți de oxizi metalici; pe baza formei lor, ele pot fi împărțite în forme sferice, coloane scurte și forme de fagure; pe baza procesului lor de pregătire, acestea pot fi împărțite în cei care folosesc suport și cei care nu folosesc suport.
Catalizatorii eterogene-solidi previn în mare măsură pierderea catalizatorului, sunt mai ușor de separat de apele uzate și au avantaje precum activitate bună, stabilitate bună și proces scurt de tratare;
Cu toate acestea, există un transfer de masă între fazele eterogene ale catalizatorului, iar solidele în suspensie din apa reziduală și intermediarii de reacție pot determina acoperirea sau blocarea particulelor de catalizator, ceea ce duce la dezactivare.
I. Tipuri de catalizatori
(1) Catalizatori metalici/suportați
În tehnologia de oxidare catalitică eterogenă, catalizatorii de metale nobile sunt utilizați pe scară largă datorită activității lor ridicate, duratei de viață lungi și adaptabilitate puternică. Catalizatorii fabricați cu metale nobile precum P, Pd și Ru ca componente active nu numai că au locuri compatibile de adsorbție a hidrocarburilor, ci și un număr mare de locuri de adsorbție a oxigenului, care pot suferi rapid activarea oxigenului și adsorbția hidrocarburilor pe măsură ce reacția de suprafață are loc. Pentru a obține o mai bună dispersibilitate și a reduce cantitatea de metal utilizată, impregnarea este adesea folosită pentru a susține metalele pe suporturi cu suprafețe specifice mari, cum ar fi Al3O2, SiO2, cărbune activ, TiO2, CeO2 și ZrO2.
(2) Oxid metalic/catalizatori suportați
Selectarea catalizatorilor în procesele de oxidare catalitică necesită luarea în considerare a numeroși factori, cum ar fi proprietățile soluției, capacitatea catalitică a catalizatorului și stabilitatea sa termică în apă. Dintre aceștia, oxizii metalici sunt foarte apreciați datorită stabilității ridicate și bunei activități.
Pe baza stabilității lor, catalizatorii pot fi clasificați după cum urmează: 1. Oxizii care sunt cei mai stabili în condiții de oxidare ridicată, cum ar fi oxidul de titan, oxidul de vanadiu, oxidul de crom, oxidul de magneziu, oxidul de zinc și oxidul de aluminiu; 2. Oxizi cu stabilitate moderată, cum ar fi oxidul de fier, oxidul de cobalt, oxidul de nichel și oxidul de plumb; 3. Oxizi instabile cu stare ridicată de-oxidare-oxizi și metale nobile, cum ar fi platina, paladiul, ruteniul și aurul.
(3) Oxid compozit/catalizatori suportați
Pe baza principiului complementar al reglării activității catalitice, se așteaptă ca catalizatorii de oxizi compoziți să atingă o activitate catalitică mai mare. Efectele sinergice pot spori activitatea catalizatorului și pot inhiba dizolvarea componentelor active. De exemplu, combinația de CoO, CuO sau NiO cu oxizi de Fe(III), Pt sau Ru este un catalizator de oxidare eficient.
II Baza selecției catalizatorului
(1) Selectarea catalizatorului
La selectarea unui catalizator, în general, ar trebui să fie utilizați catalizatori cu următoarele caracteristici:
1. Viteza de oxidare rapidă și un contact de fază mai bun, accelerând astfel reacția;
2. Ne-selectiv, care permite oxidarea completă;
3. Proprietăți fizico-chimice stabile în soluții acide fierbinți;
4. Activitate ridicată și durată lungă de viață la temperaturi ridicate și insensibil la otrăvuri;
5. Rezistență mecanică ridicată și rezistență la uzură.
(2) Selectarea suportului catalizatorului
Pe baza compoziției particulelor suport de catalizator, acesta poate fi împărțit aproximativ în trei tipuri: suporturi cu particule, suporturi cu granulație grosieră-și substraturi.
Când se utilizează catalizatori, se iau în considerare de obicei următoarele puncte:
1. Compoziție chimică și dispersie;
2. Proprietățile fizico-chimice ale suprafeței-porozitatea, adsorbția, proprietățile electrochimice și mecanice;
3. Grosimea și cantitatea de material activ care poate fi încărcat;
4. Rezistență și stabilitate specifică;
5. Stabilitate chimică;
6. Rezistență la abraziune, duritate și rezistență la compresiune;
7. Participarea la reacții catalitice.
III Cauzele dezactivării catalizatorului
Pe lângă activitate ridicată și selectivitate bună, catalizatorii trebuie să posede și rezistență mecanică și stabilitate bune, stabilitatea afectând capacitatea lor de a degrada activitatea.
După o perioadă de utilizare, catalizatorii vor experimenta dezactivare, în primul rând din cauza pierderii materialului catalizator și a cocsării.
Pierderea catalizatorului este o cauză majoră a dezactivării. Această pierdere este afectată în principal de pH, determinând dizolvarea componentelor active. Studiile experimentale au arătat că pH-ul apei uzate are un impact semnificativ asupra oxidării materiei organice în faza lichidă.
De exemplu, catalizatorii heterogeni de ozon prezintă viteze scăzute de reacție și viteze mari de dezactivare în condiții acide. Pierderea de catalizator este minimă la pH 7. Când pH-ul este mai mare de 7 dar mai mic de 9, nu are loc nicio pierdere de catalizator. Cu toate acestea, când pH-ul este mai mare de 10, viteza de reacție rămâne scăzută. Prin urmare, ajustarea valorii pH poate reduce sau preveni pierderea catalizatorului.
Cocsificarea catalizatorului este o altă cauză majoră de dezactivare, cunoscută și sub denumirea de dezactivare a murdăriei catalizatorului. Acest lucru este cauzat în primul rând de depunerea de carbon, azot și alte substanțe produse în timpul reacției pe suprafața catalizatorului. Aplicațiile de inginerie au verificat că unii catalizatori eterogene prezintă rate mari de degradare într-un anumit interval de timp, urmate de dezactivare. Analiza cromatografia fotoelectrochimică energetică (ESCA) a suprafeței catalizatorului relevă depunerea de carbon, care împiedică contactul dintre reactanții din faza lichidă și suprafața catalizatorului, ducând astfel la dezactivare.